Методика определения толщины оксидного слоя на кремнии

Защитные свойства слоя SiO₂ во многом определяются его толщиной. Поэтому естественно, что определение толщины оксидного слоя является важной технологической операцией при изготовлении интегральных схем. Наиболее прост в исполнении метод цветовых оттенков Ньютона, основанный на наблюдении интерференционных цветов в отраженном свете. Интерференционные цвета обусловлены двойным отражением и преломлением белого света, проходящего через прозрачную пленку оксида кремния и отражающегося от непрозрачной кремниевой подложки. При этом за счет разности хода лучей возникает интерференция и поэтому тонкая прозрачная пленка кажется в отраженном свете окрашенной. Цветность ее зависит только от толщины и показателя преломления:

                                     ,                                      (1.13)

где Δ – разность хода лучей;

п – показатель преломления пленки;

α –угол отражения;

d – толщина пленки.

        Если наблюдение отраженного света производить под прямым углом к поверхности пленки, то

                .                                            (1.14)

Отсюда, зная показатель преломления материала, легко определить толщину на основании цвета пленки. Для SiO₂ d = Δ /2,92, т. к. п = 1,46.

Зависимость толщины пленки от наблюдаемого цвета (при перпенди-кулярном освещении образца) приведена в табл. 1.1. Цветовые оттенки повторяются примерно через каждые 0,22 мкм, проходя весь спектр от фиолетового до красного. Поэтому для однозначного определения толщины необходимо знать порядок интерференции, т. е. какое по счету повторение цветов наблюдается. Для определения порядка интерференции на окисленную пластину наносят каплю плавиковой кислоты, и в оксиде вытравливается лунка до поверхности кремния. По периферии этой лунки наблюдается ряд колец. Количество темных красно-фиолетовых колец определяет порядок интерференции. Например, зеленый цвет оксида на втором кольце (полностью выявлено одно кольцо) соответствует толщине 0,33 мкм, а на четвертом (полностью выявлены три кольца) – 0,72 мкм. Этот простой, не требующий оборудования, метод позволяет определить толщину оксида с погрешностью    5–10 %. С увеличением толщины пленки погрешность возрастает. Методом цветовых оттенков нельзя определять толщину свыше 1,0 мкм, когда цветность практически пропадает.

                          Таблица 1.1

Определение толщины пленок методом цветовых оттенков Ньютона